CN101587337A

CN101587337A - 一种多功能电力电子通用控制器

Info

Publication number: CN101587337A
Application number: CNA2009100627286A
Authority: CN
Inventors: 邱进; 陈轩恕; 刘飞; 许晶; 何妍
Original assignee: Wuhan NARI Ltd
Current assignee: Wuhan NARI Ltd
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2009-11-25

Abstract

一种多功能电力电子通用控制器，该通用平台装置以DSP和FPGA为中心，包含DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、RS485、CAN和以太网；以FPGA为核心元件，构建ADC/DAC插板、开入开出插板。该通用控制控制器具有实时性和通用性好，且可扩展性好的特点，可通用于在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制、DVR等电力电子应用领域。

Description

一种多功能电力电子通用控制器

技术领域

本发明涉及一种电力电子领域的通用数字控制器，是一种用于有源滤波器、无功补偿、UPS、逆变控制、DVR等电力电子应用领域的装置。

背景技术

电力电子技术是实现高效节能、改造传统产业并促进机电一体化的关键技术。它是弱电控制与强电运行之间、信息技术与先进制造技术之间的桥梁，是我国国民经济的重要基础技术，是现代科学、工业和国防的重要支撑技术。随着电力电子装置的不断发展，对控制系统的实时性、鲁棒性、精确性的要求越来越高。采用数字信号处理技术具有无可比拟的巨大优势，例如可以直接借助于成熟的数字信号处理芯片来完成相关复杂算法的计算；避免模拟信号的传递畸变和失真；减少杂散信号的干扰；便于提高系统的各项性能指标等。在数字处理器进入电力电子技术领域的初期，只是完成诸如监控、显示等辅助功能，实现系统级的控制。但是，随着数字化技术的发展，数字处理器已经被应用于控制电路。专用于PWM变换器的数字控制器由于其功耗低，对模拟电路部分参数变化的不敏感，可以方便地与数字系统相连接，并且可以方便地实现完善成熟的控制方案，已经得到了广泛的应用。数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行PWM控制，通过开关的快速投切实现电量的变换。

在有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制、DVR等电力电子应用领域中都会有PWM脉冲和数字信号的处理等部分。这样的场合，开关频率要求比较高，信号处理实时性要求也比较高。以前设计中广泛采用的方法是根据实际要求进行硬件设计，设计出的硬件缺乏通用性，造成了大量人力、财力和精力的浪费。有关参数、设置的修改过程也是异常的繁琐。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制、DVR等电力电子应用领域的多功能电力电子通用控制器，不仅实时性、通用性好，而且具有很好的可扩展性。

本发明的技术方案是：一种多功能电力电子通用控制器，其特征在于，该控制器以DSP和FPGA为核心，其中DSP分别与DSP电源电路、DSP复位晶振电路、外扩FLASH、外扩SRAM、RS485、CAN、以太网相连接；ADC/DAC插板和开入/开出插板分别与FPGA相连接；ADC/DAC插板中包含核心元件FPGA；开入/开出插板中包含核心元件FPGA；DSP和FPGA通过背板总线通信；ADC/DAC插板中的FPGA主要负责根据DSP的控制命令控制插板上的器件的信号采集和基本处理，最后以中断的方式申请DSP的访问；开入开出插板中的FPGA主要负责根据DSP的控制信号产生相应的脉冲输出；DSP负责算法的计算、协调外扩FLASH、外扩SRAM和以太网的控制，并为开入开出插板提供基准脉冲。

如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，DSP即DSP芯片“U12”的数据线“D0-D15”分别与外扩FLASH、外扩SRAM、RS485、CAN、以太网相连接；“U12”的地址线“A0-A18”与外扩FLASH和外扩SRAM的地址线相连接；RS485的输入端口“11、12”分别与“U12”的“155、157”相连；CAN的输入端口“4、5”分别与“U12”的“87、89”相连。

如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，所述的ADC/DAC插板包含两片型号结构完全相同的ADC芯片“U2”、“U3”和两片型号结构完全相同的DAC“U13”、“U14”；所述的开入开出插板包含开入部分“OMC1-OMC12”和开出部分“OMC13-OMC20”。背板总线包括16位数据总线、8位地址总线、读写控制线，它们分别与DSP 8即“U12”的16位数据总线“D0-D15”、“U12”高八位地址总线“A16-A9”、“U12”的“XRD”、“XWR”外部读写控制线相连接。

如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，DSP和FPGA所在电路板上包含多个可插入ADC/DAC插板或开入/开出插板的插槽；可以根据实际需要扩展ADC/DAC插板或开入开出插板的数量。

本发明的有益效果是：一种多功能电力电子通用控制器，能很好地满足电力电子控制领域对信号处理的实时性要求；通用于有源滤波、无功补偿、UPS、逆变控制、DVR等电力电子应用领域，通用性好，丰富的输入输出端口能满足电力电子控制领域的各种要求，节约了因不同的电力电子控制应用场合而带来的开发人力和财力，缩短了开发周期；采用插板设计大大提高了系统的可扩展性。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理框图。其中有：DSP电源电路1、DSP复位晶振电路2、外扩FLASH 3、外扩SRAM 4、RS4855、CAN6、以太网7、DSP 8、ADC/DAC插板9、开入开出插板10、FPGA 11、FPGA 12、FPGA 13。

图2是图1中DSP 8的原理图。

图3-1是图1中外扩SRAM 4的原理图；图3-2是图1中DSP电源电路1的原理图；图3-3是图1中外扩FLASH 3的原理图；图3-4是图1中DSP复位电路2的原理图。

图4-1是图1中RS4855的原理图；图4-2是图1中CAN 6的原理图；图4-3是图1中以太网7的原理图。

图5-1是图1中ADC/DAC插板9中的ADC模块原理图；图5-2是图1中ADC/DAC插板9中的DAC模块原理图。

图6-1是图1中开入开出插板10的开入部分原理图；图6-2是图1中开入开出插板10的开出部分原理图。

具体实施方式

整个控制器采用DSP加FPGA模式。DSP采用TI公司的TMS320LF2812，FPGA采用Xinlix公司的SPARTAN3。ADC采用AD公司的AD7656，DAC采用凌特公司的LTC2755。两片AD7656构成共12路的AD输入，完全能满足电力电子控制领域中对AD输入的要求。

参见图1，一种多功能电力电子通用控制器，其特征在于，该控制器以DSP 8和FPGA 13为核心，其中DSP 8分别与DSP电源电路1、DSP复位晶振电路2、外扩FLASH 3、外扩SRAM 4、RS4855、CAN 6、以太网7相连接；ADC/DAC插板9和开入/开出插板10分别与FPGA 13相连接；ADC/DAC插板9中包含核心元件FPGA11；开入/开出插板10中包含核心元件FPGA 12；DSP 8和FPGA 13通过背板总线通信；ADC/DAC插板9中的FPGA 11主要负责根据DSP8的控制命令控制插板上的器件的信号采集和基本处理，最后以中断的方式申请DSP 8的访问；开入开出插板10中的FPGA12主要负责根据DSP 8的控制信号产生相应的脉冲输出；DSP 8负责算法的计算、协调外扩FLASH 3、外扩SRAM 4和以太网7的控制，并为开入开出插板10提供基准脉冲。

参见图2，图3-1，图3-2，图3-3，图3-4，图4-1，图4-2，图4-3。如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，DSP 8即DSP芯片“U12”的数据线“D0-D15”分别与外扩FLASH 3、外扩SRAM 4、RS4855、CAN 6、以太网7相连接；“U12”的地址线“A0-A18”与外扩FLASH 3、外扩SRAM 4的地址线相连接。RS4855的输入端口“11、12”分别与“U12”的“155、157”相连。CAN 6的输入端口“4、5”分别与“U12”的“87、89”相连。该控制器嵌入了RS485、CAN、以太网等常用的通讯端口，便于与各种外设进行通信；通过以太网口能够方便地实现电力电子装置的远程监控与控制。

参见图5-1，图5-2，图6-1，图6-2。如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，所述的ADC/DAC插板9包含两片型号结构完全相同的ADC芯片“U2”、“U3”和两片型号结构完全相同的DAC“U13”、“U14”；所述的开入开出插板10包含开入部分“OMC1-OMC12”和开出部分“OMC13-OMC20”。背板总线包括16位数据总线、8位地址总线、读写控制线，它们分别与DSP 8即“U12”的16位数据总线“D0-D15”、“U12”高八位地址总线“A16-A9”、“U12”的“XRD”、“XWR”外部读写控制线相连接。

如上所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于，DSP 8和FPGA 13所在电路板上包含多个可插入ADC/DAC插板9或开入/开出插板10的插槽；可以根据实际需要扩展ADC/DAC插板9或开入开出插板10的数量。背板总线包括16位数据总线、8位地址总线、读写控制线，它们分别与DSP 8的16位数据总线、高八位地址总线、外部读写控制线相连。可以根据实际的需要任意的扩展信号采集的通道数和PWM信号的输出路数，具有极强的可扩展性。

Claims

1.一种多功能电力电子通用控制器，其特征在于：该控制器以DSP(8)和FPGA(13)为核心，其中DSP(8)分别与DSP电源电路(1)、DSP复位晶振电路(2)、外扩FLASH(3)、外扩SRAM(4)、RS485(5)、CAN(6)、以太网(7)相连接；ADC/DAC插板(9)和开入/开出插板(10)分别与FPGA(13)相连接；ADC/DAC插板(9)中包含核心元件FPGA(11)；开入/开出插板(10)中包含核心元件FPGA(12)。

2.根据权利要求1所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于：DSP(8)即DSP芯片“U12”的数据线“D0-D15”分别与外扩FLASH(3)、外扩SRAM(4)、RS485(5)、CAN(6)、以太网(7)相连接；“U12”的地址线“A0-A18”与外扩FLASH(3)、外扩SRAM(4)的地址线相连接。RS485(5)的输入端口“11、12”分别与“U12”的“155、157”相连。CAN(6)的输入端口“4、5”分别与“U12”的“87、89”相连。

3.根据权利要求1所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于：所述的ADC/DAC插板(9)包含两片型号结构完全相同的ADC芯片“U2”、“U3”和两片型号结构完全相同的DAC“U13”、“U14”；所述的开入开出插板(10)包含开入部分“OMC1-OMC12”和开出部分“OMC13-OMC20”。

4.根据权利要求1所述的多功能电力电子通用控制器，其特征在于：DSP(8)和FPGA(13)所在电路板上包含多个可插入ADC/DAC插板(9)或开入/开出插板(10)的插槽。